Reja: proteomika tushunchalari; Proteomikaning usullari va asosiy vazifalari; Proteomik tahlil usullari; Proteomika

Proteomikaning tarixi
Proteomikaning rivojlanishining boshlanishi Frederik Sengerning tajribalari bilan bog'liq bo'lishi mumkin. 1940–50 -yillarda u insulin tuzilishini o'rgangan va birinchi marta uning aminokislotalar ketma -ketligini va disulfidli bog'lanish o'rnini aniqlagan. Sanger dinitrofluorobenzol yordamida oqsillarni sekansirovka qilish usulini taklif qildi.

• 
  Proteinlar ketma -ketligi (Senger)
  
• 
  Kristallanish (Sumner va boshqalar)
  
• 
  Mass spektrometriya
  
• 
  Zamonaviy proteomik tadqiqotlar
  

Funktsional genomika "biologiya" ning eng yangi bo'limi bilan chambarchas bog'liq va aslida bir -biri bilan chambarchas bog'liq. proteomika"- proteomlar haqidagi fan." Proteom "so'zi" protein "(oqsil) so'zidan va" genom "so'zining oxiridan hosil bo'lgan, shuning uchun ismning o'zida" oqsil "va" genom "kabi "(DNK) birlashtirilgan. Aloqalar Biroq, genomika va proteomika, genom va proteom o'rtasida mutlaqo yangi tadqiqot usullari, yangi strategiyalarni keltirib chiqaradigan bitta asosiy farq bor.
Proteom- kontseptsiya dinamik, genom esa barqaror va o'zgarmas, aks holda irsiy xususiyatlarni avloddan -avlodga o'tkazish, turlarning saqlanishini ta'minlash va h.k. Genom o'zgaruvchanligi har doim uning yuqori barqarorligi fonida yuzaga keladi va uni hech qanday tarzda bekor qilmaydi. Proteom - ma'lum bir vaqtda rivojlanishining ma'lum bir bosqichida ma'lum bir hujayraning oqsillari to'plami, ya'ni. umumiy ma'lumot miqdori bo'yicha kichikroq genom. Inson tanasining har qanday hujayrasida 80 mingga yaqin gen hech qachon ishlamaydi, faqat bir qismi ishlaydi - ba'zida kichikroq, ba'zida katta. Aniq raqamlarni berish hali ham qiyin bo'lsa -da, oddiy ixtisoslashgan hujayrada, masalan, jigar yoki o'pka hujayralarida, ehtimol, bir vaqtning o'zida 10 mingdan ortiq protein mavjud emas, bundan tashqari, har xil miqdordagi - har bir hujayraga bir necha molekuladan umumiy uyali sincapning bir necha foizi. Hujayralarning bo'linish bosqichiga, hujayralarning to'qima ixtisoslashuviga, uning farqlanish bosqichiga, normal yoki xatarli hujayralarga mansubligiga, stress yoki uyqu holatiga, hujayradan tashqari fiziologik faol moddalarning ta'siriga qarab oqsillar to'plami doimo o'zgarib turadi. va hokazo. Shuning uchun, hujayraning "portreti" oqsillari ko'plab omillar va ta'sirlarga bog'liq, deyarli doimiy o'zgarishlarga duch keladi, bu esa uni o'rganishni ayniqsa qiyinlashtiradi.
Proteomik texnologiyalarning "to'plami" mavjud; har birining o'z afzalliklari va kamchiliklari bor. Keling, eng samarali ikkitasiga to'xtalamiz. Hujayradan ajratilgan oqsillarning murakkab aralashmasini tashuvchida (odatda poliakrilamid jeli) ikki yo'nalishda ajratish mumkin: birida oqsillar kattaligiga (molekulyar og'irligi), ikkinchisiga elektr zaryadiga (izoelektr nuqtasi) bo'linadi. . Natijada, har biri bir yoki bir nechta oqsillarga to'g'ri keladigan, yuzlab nuqtalarni o'z ichiga olgan ikki o'lchovli xarita.
Agar tadqiqotchi ma'lum bir oqsillar guruhiga qiziqsa, uni "xaritada" tanlash va biroz o'zgartirilgan sharoitda yuqori aniqlikdagi takroriy ajratish mumkin. Ma'lumotlar banklari hozirda oqsillari ikki yo'nalishda elektroforetik bo'linishga uchragan har xil turdagi hujayralar haqidagi ma'lumotlarni saqlaydilar. Kompyuter bunday ikki o'lchovli "oqsil xaritalari" ni taqqoslay oladi va bu turdagi hujayralar uchun nima o'xshashligini va qaysi oqsillar uchun farqlanishini ajratadi.
"Ikki o'lchovli xaritalar" usuli doimiy ravishda takomillashtirilmoqda va bu "xaritalarda" ko'rinadigan individual oqsil nuqtalarining aksariyati allaqachon aniqlangan yoki identifikatsiyalash jarayonida.
Proteinlarni aniqlashning eng zamonaviy usuli shundaki, o'rganilayotgan oqsil u yoki bu ferment (proteaza) yordamida bo'laklarga bo'linadi (peptidlar). Olingan peptidlar odatda yuqori bosimli xromatografiya yordamida ajratiladi, so'ngra har bir alohida peptid mass -spektrometrga joylashtiriladi va uning massasi tan olinadi. Olingan natijalarni oqsillar bazasida mavjud bo'lgan natijalar bilan solishtirish, agar uning tuzilishi ma'lum bo'lsa, oqsilni ishonchli aniqlash imkonini beradi. Noma'lum oqsil uchun bu usul "qarindoshlar" ni topishga yordam beradi va shuning uchun uning mumkin bo'lgan funktsiyasi haqida dastlabki tasavvurni shakllantirishga yordam beradi.
Proteomning o'zgaruvchanligi nafaqat ma'lum bir vaqtda genlarning bir qismi, boshqa vaqtda esa boshqasi ishlayotganligi bilan bog'liq. Proteinlar to'plami DNKdan xabarchi RNKga (mRNK) o'tish jarayonida sodir bo'ladigan jarayonlarga juda bog'liq. Bu erda asosiy gen mahsulotlarining ko'pchiligi (RNK) "muqobil biriktirish" deb ataladi, uning mohiyati shundaki, etuk xabarchi RNK hosil bo'lishidan oldin, molekulaning turli qismlari undan chiqariladi. Natijada bitta gen har xil asosiy tuzilishga ega bo'lgan ko'plab oqsillarni keltirib chiqarishi mumkin. Shunday qilib, biokimyo va molekulyar biologiyaning eski dogmalaridan biri - "Bitta gen - bitta ferment" modernizatsiyaga muhtojligi ayon bo'ldi. Ko'p hollarda, formula to'g'ri: "Bitta gen - ko'p oqsillar".
Shu munosabat bilan shuni ta'kidlash kerakki, sintezdan so'ng oqsillar ko'p kimyoviy o'zgarishlarga (modifikatsiyaga) uchraydi, bu esa ularning xilma -xilligini yaratadi, garchi ular dastlab bitta gen bilan kodlangan bo'lsa ham. Bu modifikatsiyaga fosforillanish, atsetillanish, metillanish, glikosillanish va boshqalar kiradi. Katta oqsilda bu o'zgarishlar bo'lishi mumkin bo'lgan joylar ko'pligini hisobga olsak, xuddi shu oqsil molekulasining deyarli cheksiz xilma -xil shakllari qanday paydo bo'lishi mumkinligini tasavvur qilish oson. Modifikatsiyaning katta qismi ma'lum bir oqsil molekulasining biologik faolligiga, shuningdek boshqa oqsil molekulalari bilan o'zaro ta'sir qilish qobiliyatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Natijada, biz, masalan, aytaylik, barcha genlarning 10 foizi hujayrada ishlasa, aytaylik, 8 ming, - degan xulosaga keldik, shunda turli oqsillar soni bu qiymatdan 10 baravar oshishi mumkin. Tadqiqotchilar ilgari bunday vaziyat bo'lishi mumkinligini taxmin qilishgan, ammo hozircha ular uning haqiqiy ko'lamini tasavvur qilishmoqda.
Protein-oqsil va oqsil-nuklein kislotalarning o'zaro ta'sirini o'rganish, shubhasiz, proteomikaning o'ta muhim bo'limi sifatida qaralishi kerak. Hujayra hayoti davomida deyarli har bir oqsil turli xil makromolekulalar bilan, shuningdek past molekulyar og'irlikdagi ligandlar bilan o'zaro ta'sir qiladi.
So'nggi yillarda oqsil-oqsil o'zaro ta'sirini o'rganish uchun "xamirturushli er-xotin duragaylar" usuli keng qo'llanila boshladi. Gen muhandisligi yordamida transkripsiya faktori bilan o'zaro ta'sir qiluvchi DNK segmenti va "reportyor gen" ni kodlaydigan DNK segmentidan tashkil topgan konstruktsiya yaratiladi, bu esa o'z navbatida faolligi oqsil fermentini kodlaydi. o'lchash oson. Transkripsiya omili ikkita dominantdan iborat va faqat dominantlar bir -biri bilan o'zaro ta'sir o'tkazganda ishlaydi. Agar o'rganilayotgan ikkita oqsil bir -biri bilan o'zaro aloqada bo'ladimi yoki yo'qligini aniqlash kerak bo'lsa, transkripsiya faktorini ajratib, dominantlarning har biriga qiziqish oqsilini biriktirish kerak. Ular o'zaro ta'sir o'tkazganda, transkripsiya omili o'z faoliyatini tiklaydi, bu "reportyor gen" ning ishlashiga imkon beradi, shunda siz "reportyor oqsilining" faolligini topasiz. Agar o'rganilayotgan oqsillar o'zaro ta'sir qilmasa, oqsil fermenti hosil bo'lmaydi.
Odamlar va boshqa organizmlar oqsillariga ikkita gibrid tizimni qo'llash, har xil turdagi oqsil-oqsil aloqalarining ko'pligini isbotlashga va bundan tashqari, ilgari noma'lum bo'lgan oqsil-oqsil o'zaro ta'sirini ochishga imkon berdi. Bu ma'lumot hujayradagi signalizatsiya yo'llarining tarkibiy qismlarini aniqlash uchun juda muhimdir. Qoida tariqasida, hujayra yuzasidan yadroga signallarni uzatish "mediator oqsillarini" o'z ichiga oladi, ular ko'pincha hujayrada ahamiyatsiz konsentrasiyalarda uchraydi, shuning uchun signal yo'llarini tahlil qilish tajribachilar uchun juda qiyin. Protein-oqsil o'zaro ta'sirini aniqlash vaziyatni keskin o'zgartirdi.
Protein-nuklein kislotalarning o'zaro ta'sirini tahlil qilishda ushbu komponentalarni "kimyoviy tikish" usullari keng qo'llaniladi (masalan, akademik A.A.Bogdanov xodimlari hujayradagi oqsillarning biosintezi bo'lgan ribosoma zarralari ichida ko'plab muhim o'zaro ta'sirlarni aniqladilar. amalga oshirildi; bajarildi).
Yana bir qulay usul-kompleks paytida elektroforetik harakatchanlikni o'zgartirish, bu DNK-oqsil va RNK-oqsil aloqalarini tahlil qilish uchun ishlatilgan. Bu usulning asl nusxasi "kimyoviy o'zaro bog'lanish" bilan birgalikda akademik A.D. Mirzabekov va nukleosomaning tuzilishini ochish uchun ishlatilgan - DNK va giston oqsillaridan tashkil topgan elementar tuzilish birligi, xromosomalarning barchasi qurilgan.
Hozirgi vaqtda Rossiya, MDH mamlakatlari, G'arbiy Evropa, AQSh va Kanadadagi turli tadqiqot institutlarining ilmiy markazlari darajasida biomedikal va farmatsevtik tadqiqotlar uchun ilmiy texnologik platformalar ishining natijalari ishlab chiqilmoqda va klinikaga kiritilmoqda. Agar inson genomik xaritasi barcha inson hujayralari uchun bir xil bo'lsa, bu bir xil genlar to'plamiga ega bo'lgan 23 ta xromosoma - 14 ta jinsiy hujayralar bundan mustasno, agar odam proteomik xaritasi bo'lsa, uning jamoasi haqida gapirish mutlaqo ma'nosizdir. Har bir hujayra, har bir to'qima ...
Hozirgi vaqtda proteomikaning ikkita ta'rifi mavjud: uni tor, uni strukturaviy proteomika deb atash mumkin va kengroq, bu proteomikaning tarkibiy va funktsional qismlarini o'z ichiga oladi. Bu so'zning tor ma'nosida, proteomika-bu oqsillarni inventarizatsiya qilish usullarini birgalikda ishlatadigan fan: ikki o'lchovli elektroforez (2D-elektroforez), molekulyar og'irlikning mass-spektrometrik (MS) tahlili va oqsillar ketma-ketligi. bioinformatika usullari yordamida olingan natijalarni keyingi tahlil qilish bilan elektroforez bilan ajratilgan biologik material. Aslida, strukturaviy proteomika 2D elektroforez, mass -spektrometriya va bioinformatikaning kombinatsiyasidir. Va agar ikki o'lchovli elektroforezning hal qilish qobiliyatlari uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan bo'lsa, 1975 yilda O'Farrellning birinchi ishidan boshlab, MS tahlilining polipeptid zanjirlarining molekulyar og'irligi va ketma-ketligini juda tez aniqlash imkoniyati aniq bo'ldi. juda yaqinda. Ular shu qadar tez rivojlandiki, hozirda ba'zi kompaniyalar fentomolyar va atomolar konsentratsiyasi darajasida ishlaydigan oqsillarning molekulyar og'irligi va ketma -ketligini aniqlash uchun to'liq avtomatlashtirilgan tizimlarni yaratdilar. Bu usullarning kombinatsiyasidan foydalanib, har qanday biologik materialning proteomik xaritasini tuzish mumkin, bu hujayra, to'qima yoki hatto butun organ genomining fenotipik namoyonidir. Keng ma'noda, proteomik tahlil yoki proteomik atamalari nafaqat biologik ob'ekt oqsillarini inventarizatsiya qilish uchun, balki oqsillarning teskari translyatsion post-translyatsion modifikatsiyasini (PTM) o'ziga xos fermentlar yordamida nazorat qilish uchun ham ishlatilishi mumkin, masalan: fosforillanish, glikosillanish, asillanish, frenillanish, nasos va boshqalar